Question

为什么零下273度是最低温度，1.4亿亿亿亿度是最高温度？

Answer 1

理论上，不但低温有下限——绝对零度，而且高温也有上限——普朗克温度。关于温度的极限，需要来了解一下温度究竟是怎样的概念。

从宏观上来讲，温度高低反映的是冷热程度。但在微观上，物体之所以会有冷热的现象，其根本原因是微观粒子的热运动。因此，温度其实度量的是热运动剧烈程度。粒子的热运动包括平动、转动以及振动，所以粒子的总动能也由平动动能、转动动能以及振动动能所组成。以气体分子为例，如果某种气体分子的平动自由度、转动自由度和振动自由度分别为t、r和s，那么，平均总动能为：

其中k为玻尔兹曼常数，T为温度。

可以看到，平均总动能与温度呈正相关。那么，平均总动能的上下限也决定着温度的上下限。

如果所有的热运动完全停止下来，物体也就不会有热量产生，所以温度将会降到最低的绝对零度，大约为-273.15 ℃。但量子力学禁止粒子绝对静止，所以温度不可能下降到绝对零度。人类在实验室中所实现的低温也只是在不断接近绝对零度，目前的最低温度比绝对零度高出100亿分之一度。

另一方面，如果平均总动能不断升高，温度也会随之升高。根据狭义相对论，动能会随着速度趋于光速而变得无穷大，那么，这是否意味着温度可以无限高呢？

如前所述，温度是有上限的，不会无限升高。因为粒子的热运动剧烈到一定程度时，其史瓦西半径将会大于普朗克长度，这就会引发坍缩成黑洞，自身将会进入无限小的奇点中。因此，目前的物理学理论只能解释到普朗克温度。如果要探讨比普朗克温度更高的温度，需要量子引力理论，而这是目前所无法做到的。

理论计算出来的普朗克温度约为1.4168×10^32 K，超过1.4亿亿亿亿度，只有在宇宙诞生的第一个普朗克时间（5.3912×10^-44秒）才有达到过这个温度上限。